_基于转子磁链q轴分量的异步电机间接矢量控制转差频率校正

电机控制系统的计算机仿真课程设计题目：感应电机磁链观测器仿真分析1.概述异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。

需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。

经过多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是按转子磁链定向的矢量控制系统。

要实现按转子磁链定向的矢量控制系统，很关键的因素是要获得转子磁链信号，以供磁链反馈和除法环节的需要。

开始提出矢量控制系统时，曾尝试直接检测磁链的方法，一种是在电机槽内埋设探测线圈，另一种是利用贴在定子内表面的霍尔元件或其它磁敏元件。

从理论上说，直接检测应该比较准确，但实际上这样做都会遇到不少工艺和技术问题，而且由于齿槽影响，使检测信号中含有较大的脉动分量，越到低速时影响越严重。

因此，现在实用的系统中，多采用间接计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，利用转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与相位。

利用能够实测的物理量的不同组合，可以获得多种转子磁链模型。

本文在此基础上给出了转子磁链的电流模型和电压模型，并利用MATLAB 软件进行了建模和仿真分析。

2.原理分析2.1计算转子磁链的电流模型根据描述磁链与电流的关系的磁链方程来计算转子磁链，所得出的模型叫作电流模型。

电流模型可以在不同的坐标系上获得。

1．在两相静止坐标系上的转子磁链模型 在二相同步旋转坐标系上的电压方程为sd sd s s 1s m 1m sq sq 1s s s 1m m rd rd m 1m r r s r rq rq s mm s rr r u i R L p L L pL u i L R L p L L pu i L p L R L pL u i L L pL R L p ωωωωωωωω+--⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-+-⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦（1）由实测的三相定子电流通过3/2变换很容易得到两相静止坐标系上的电流 i s α和i s β，又有转子磁链在α，β轴上的分量为r αm s αr r αL i L i ψ=+ （2） r βm s βr r βL i L i ψ=+ （3）可得r αr αm s αr 1()i L i L ψ=- （4） r βr βm s βr1()i L i L ψ=- （5）又由式（1）的α β坐标系电压矩阵方程第3，4行，并令 u αr = u βr = 0 得m s αr r αm s βr r βr r α()0L pi L pi L i L i R i ω++++= （6） m s βr r βm s αr r αr r β()0L pi L pi L i L i R i ω+-++= （7）或r αr βr αm s αr 1()0p L i T ψωψψ++-= （8） r βr αr βm s βr1()0p L i T ψωψψ-+-= （9）整理后得转子磁链模型()r αm s αr r βr 11L i T T p ψωψ=-+ （10） ()r βm s βr r αr 11Li T T p ψωψ=++ （11）按式（10）、式（11）构成转子磁链分量的运算框图如下图所示。

的性能。如果再加入适当的校正环节，则可以较好地抑 制这些干扰的影响。本文提出的基于定子电流矢量定向 的转子磁链估计器不包含定转子电阻参数，除了在
极少数奇异点之外，均可保持相当高的精度。无论是开 环运行还是闭环运行，当定转子电阻发生较大幅度变化 时，估计器性能几乎不受影响。与传统的磁链估计
器相比，新型磁链估计器在抗扰动方面具有明显的优势。 有了转子磁链的精确估计作为基础，异步电机矢量控制 的关键问题就得到了解决，各种控制策略就能够
20世纪70年代出现的矢量控制，使得异步电机的控制性 能大大提高。在间接磁场定向的矢量控制中，精确地估 计（或观测）转子磁链的幅值和角度是问题的
关键。传统的磁链估计器有电压型和电流型两种。电压 型磁链估计器依赖于定子电阻，而电流型磁链估计器依 赖于转子电阻。在电机运行过程中，定转子电阻会
随着温升的变化（以及导线的集肤效应等）而变化，对 估计精度影响很大。近年来，很多学者提出了降低定转 子电阻摄动对磁链估计影响的方法。例如，将两种
中基于定子电流矢量定向的转子磁链估计疹下文中称之 为新型磁链估计器“），其原理框图如所示。与传统的 电压型和电流型估计器不同，式（15）构成的新
型磁链估计器中引入了参数W1.W1是定子电流矢量的旋 转速度，稳态时，它与电源的角频率相等；动态过程中， W1的表达式为利用霍尔传感器可以得到精
度很高的定子电流值新型磁链估计器电流型估+器新型磁 链估计器从和可以看出，由于电流型磁链估计器依赖于 转子电阻，因此在电机转子电阻发生摄动时，其
估计器配合使用，或者改进电压型估计器的纯积分环节， 等等。然而，这些改进后的磁链估计器中，仍然包含定 转子电阻参数。本文提出了一种不包含定转子电
阻参数的转子磁链估计器，换言之，定转子电阻的摄动 对磁链估计器的精度影响甚微。本文从新坐标系下异步 电机的基本方程出发，导出了基于定子电流矢量定

异步电动机间接矢量控制系统的仿真研究石瑶;李宏胜【摘要】The indirect vector control system of the AC motor with rotor flux open-loop has been widely used because of the simple structure and high control performance. The indirect oriented vector control system was established based on Matlab/simulink. Then it was a research if the changes of the rotor time constant had effect on the rotor flux oriented. The results showed that the real-time adjustment of the rotor time constant had an important role in the system control performance.%异步电动机的转子磁链开环间接矢量控制系统因其结构简单，控制性能高得到广泛的应用。

利用Matlab/simulink仿真软件建立了间接定向的矢量控制系统，并根据模型探讨转子时间常数的变化对转子磁链定向的影响。

结果表明，转子时间常数的实时调整对系统控制性能有重要作用。

【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P88-90)【关键词】异步电动机;间接定向;转子时间常数;转子磁链【作者】石瑶;李宏胜【作者单位】南京工程学院自动化学院，江苏南京211167;南京工程学院自动化学院，江苏南京211167【正文语种】中文【中图分类】TM346+.2;TP391.9在工农业生产中，交流异步电动机因结构简单、造价低廉、坚固耐用、事故率低、维护简单，有着广泛的应用。

速沿A—B—C相序旋转。
2、两相交流电产生旋转磁场
这样的旋转磁通势也可以由两相空间上相差900的静止绕组 、 ，通
以时间上互差900的交流电来产生。
7
i
iα
iβ
0
wt
90 180
270
A y
· B x
wt=0
A y
B x·
wt=90
以上两种情况的物理模型为：
A y ·
B x
wt=180
·A y
B x
xB
xA
A
α
上的投影分量。
xα
C
由于 轴和A轴固定在定子绕组A相的轴线上，这两个坐标系在空
间上固定不动，所以称为静止坐标系。
15
转子坐标系（a—b—c）和旋转坐标系（d—q）
转子坐标系固定在转子上，其中平面直角坐标系的d 轴位于转子的 轴线上，q 轴超前d 轴900。广义上讲，d—q 坐标系为旋转坐标系。
为此，许多专家学者进行了潜心研究，终于在1971年，出现了两个里程 碑式的研究成果：其一，德国西门子公司提出的“感应电机磁场定向的 控制原理”；其二，美国专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”。 经过实践中的不断改进，形成了现在普遍使用的矢量控制变频调速系统。
——矢量控制技术成为一种重要的电力传动控制技术。
Te
TL
J
dn dt
对于恒转矩负载的启动、制动和调速过程，如果能控制电动机的电 磁转矩恒定，就能获得恒定的加速（减速）运动；
对于突加负载，如果能把电动机的电磁转矩迅速提高到允许的最大 值，就能获得最小的转速降和最短的动态恢复时间。
结论：电动机的动态特性的好坏取决于对电动机电磁转矩的控制 效果。